Etologia Dinocephalosaurus żył w płytkich, ciemnych przybrzeżnych wodach morskich i polował głównie na ryby i kałamarnice. Z powodu niskiej widoczności długa szyja dinocefalozaura umożliwiała mu dostrzeżenie zdobyczy, samemu nie będąc widzianym. Dinocephalosaurus miał również unikalną zdolność atakowania – mógł zwiększać szerokość przełyku gwałtownymi skurczami mięśni żeber, tworząc w ten sposób próżnię. Możliwość tę uznaje się za prawdopodobną, gdyż każdy kręg szyjny miał wyraźne miejsca przyczepu mięśni a wszystkie żebra szyjne znajdowały się w pobliżu przedniego końca kręgów szyjnych. Działanie to zapobiegałoby również tworzeniu ciśnienia mogącego ostrzegać zaatakowane ryby. Dinocephalosaurus mógł wówczas połknąć zdobycz w całości.
Klasyfikacja Dinocefalozaura uważa się za przedstawiciela Prolacertiformes, jednak nie jest to całkowicie pewne. Ze względu na liczne podobieństwa w budowie anatomicznej między tanystrofem a dinocefalozaurem uważa się, że te dwa rodzaje są ze sobą spokrewnione. Cechami łączącymi te protorozaury są zagłębienia w czaszkach,